The Effect Of Rumen Regulators Buffer Characteristics On Rumen Fermentation Using In Vitro Method

Abstract

In this study, the effects of rumen buffers (sodium bicarbonate and magnesium oxide) and possible rumen buffers (ammonium bicarbonate and slaked lime) were investigated with in vitro method measuring rumen pH changes over time. In addition to this, different feedstuffs (straw, alfalfa, TMR, concentrate, corn silage, starch and molasses) were incubated In vitro and pH levels were recorded at different time (0, 20, 40, 60, 80, 100 ve 120 min) intervals. In the first 15 minutes, the effects of the buffer substances of dissolving in the rumen liquid can be seen quickly. Ammonium bicarbonate and sodium bicarbonate showed similar properties but lime and magnesium oxide increased pH more than 8.0. These two substances do not show a good buffer property, so the amounts of use should be limited. It was observed that when the raw feedstuffs were added to the rumen liquid at different doses, rumen pH values began to stabilize in the first 15 minutes depend on pH value of feed and then rumen pH changes with rumen fermentation. Increasing the amount of feed stuffs which put in to the rumen fluid have been shown to lower the rumen pH. The rate of starch breakdown in rumen fluid affects the rumen pH levels. The use of high molasses slows down the fermentation where it creates a hypertonic and low pH environment for rumen bacteria. In particular, if it is desired to reduce other problems that may occur in exceeding the sodium level and to meet the mineral need (magnesium oxide) or to meet the nitrogen need of microorganisms (ammonium bicarbonate) or to use cheaper buffer (slaked lime), these substances should be used alone or as a mixture, the animal needs and restrictions should be taken into account. Although sodium bicarbonate is preferred to be used as a buffer substance; however, in order to reduce other problems that may arise from high sodium, other buffering agents can be used to meet the mineral requirement (magnesium oxide) or to meet the nitrogen requirement of microorganisms (ammonium bicarbonate) or to have cheaper buffer (lime). The use of these substances alone or as a mixture should be done considering the needs and restrictions of the animal.

Keywords

• Rumen
• Asidoz
• Buffer substance
• pH

Rumen Düzenleyicilerinin Tampon Özellikleri Kullanılarak İn Vitro Yöntemiyle Rumen Fermantasyonuna Etkisinin Belirlenmesi

Öz

Bu çalışmada rumen düzenleyici olarak kullanılan (sodyum bikarbonat ve magnezyum oksit) ve kullanılabilecek (amonyum bikarbonat ve sönmüş kireç) tampon maddelerinin zamana bağlı rumen pH’sına etkisi in vitro yöntemiyle incelenmiştir. Bunun dışında farklı yem maddeleri saman, yonca, TMR, kesif yem, mısır silajı, nişasta ve melas rumen sıvısına in vitro yöntemiyle farklı zaman (0, 20, 40, 60, 80, 100 ve 120 dak.) aralıklarında kayıt edilmiştir. Tampon maddelerinin rumen sıvısı içinde ilk 15 dakika içerisinde çözünmesiyle birlikte etkileri hızlı bir şekilde görülmektedir. Amonyum bikarbonat ve sodyum bikarbonat benzer özellikler göstermelerine rağmen sönmüş kireç ve magnezyum oksitin yüksek düzeylerde kullanımında pH 8.0 üzerine çıkmıştır. Bu sebeple bu iki madde iyi bir tampon özelliği göstermediği için kullanılacak miktarların sınırlandırılması gereklidir. Çalışmada yem maddelerinin farklı dozlarda rumen sıvısına ilavesi ile yem madelerinin pH değerlerine bağlı olarak ilk 15 dakika içerisinde dengeye geldiği daha sonrasında ise fermantasyona bağlı olarak düşmeye başladığı gözlemlenmiştir. Rumen sıvısına konulan yem miktarı artıkça rumen pH’sı da buna bağlı şekilde doğru orantılı olarak değişim göstermiştir. Nişasta, rumen sıvısı içerisindeki parçalanma hızına bağlı olarak, rumen pH’sına da etki etmektedir. Yüksek melas kullanımı rumen bakterilerinde hipertonik ve düşük pH değerine sahip bir ortam oluşturduğu için fermantasyonun yavaşlamasına sebep olmaktadır. Sodyum bikarbonatın tampon maddesi olarak kullanımı tercih edilmekle birlikte sodyumun yüksek olmasından oluşabilecek diğer problemlerin azaltılması amacı ile tampon maddeleri hem mineral ihtiyacının karşılanması (magnezyum oksit) ya da mikroorganizmaların azot ihtiyacının karşılanması (amonyum bikarbonat) veya daha ucuz tampon maddesi (sönmüş kireç) kullanılabilir. Bu maddelerin tek başlarına ya da karışım olarak kullanılması, hayvanın ihtiyacı ve kısıtlamalar göz önünde bulundurularak yapılması önemlidir.

Anahtar Kelimeler

• Rumen
• Asidoz
• Tampon Maddeleri

References

1. Akyıldız, A.R., 1984. Yemler Bilgisi Laboratuvar Kılavuzu. Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları: 895, Uygulama Kılavuzu: 213, Ankara.
2. Ası, T., 1999. Tablolarla Biyokimya Ders Kitabı, Ankara.
3. Beal, A.M., 1974. Proceedings: A Chronic Re-Entrant Parotid Duct Cannula For Long-Term Salivary Collection and Replacement in the Sheep. J. Physipl 242, 22-24.
4. Boisen, S., Eggum, B.O., 1991. Critical Evaluation of In Vitro Methods For Estimating Digestibility in Simple-Stomach Animals. National Institute of Animal Science, Foulum, DK-8830 Tjele, Denmark.
5. Bölükbaşı, M.F., 1989. Fizyoloji Ders Kitabı. Ankara Üniversitesi Veteriner Fakültesi Yayınları, 413 Ankara.
6. Chalupa, W.F., Kronfeld, D.S., 1983. Buffers For Dairy Cattle. Animal. Nutrition Health (May-June), 50-56.
7. Church, D.C., 1984. Digestive Physiology and Nutrition of Ruminants.
8. Counotte, G.H.M., Klooster, A., Kuilen, J., Prins, R.A., 1979. An Analysis of the Buffer System in the Rumen of Dairy Cattle. Journal of Animal Science, 49, 6, 1, 1536–1544.

9. Dodurka, T., 2012. Ders Notu, İstanbul Üniversitesi, İstanbul.
10. Enemark, J.M., Jorgensen, R.J., Enemark., P., 2002. Rumen Acidosis With Special Emphasis on Diagnostic Aspects of Subclinical Rumen Acidosis: a Review. Veterinarija Ir Zootechnika. T., 20-42.
11. Erdman, R. A., Botts, R. L., Hemken, R.W., L. Bull, S., 1980. Effect of Dietary Sodium Bicarbonate and Magnesium Oxide on Production and Physiology in Early Lactation. Journal of Dairy Science. 63:923.
12. Erdman, R.A., Hemken, R.W. Bull, L.S., 1982. Dietary Sodium Bicarbonate and Magnesium Oxide for Early Postpartum Lactating Dairy Cows: Effects on Production, Acid-Base Metabolism, and Digestion. Journal of Dairy Science, 65, 712.
13. Garipoğlu, A.V., Sarıçiçek, B.Z., 2000. Rumen Bakterileri. Ondokuz Mayıs Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 15 (3), 131-137.
14. Gökçe, G. İmren, H.Y., 1998. Koyunlarda Ruminal Asidozis Olaylarının Yemlere Sodyum Bikarbonat ilavesiyle Koruyucu Tedavi Denemeleri Üzerinde Çalısmalar. Tr. Journal. of Veterinary and Animal Sicences. 22, 333–343.
15. Hartnell, G., Satter L., 2011. Determination of Rumen Fill, Retention Time And Ruminal Turnover Rates of Ingesta at Different Stages Of Lactation in Dairy Cows. Journal of Animal Sicence, 48, 2, 706.
16. Hill R., 1962. The Provision And Metabolism of Calcium and Phosphorus in Ruminants. World Revew Nutrition Dieter, 3,130.
17. Hutjens, M.F., 1991. Feed Additives. Veterinary Clinics: Food Animal Practice. 7, 525-540.
18. Kay, R.N.B., 1960. The Rate of Flow and Composition of Various Salivary Secretions in Sheep and Calves. Journal of Physiology, 150, 515-537.
19. Kern, D.L., Slyter, L.L., Leffel, E.C., Weaver, J.M., Ohjen, R.R., 1974. Ponies vs. Teers: Microbial and Chemical Characteristics of İntestinal Ingesta. Journal of Animal Sicence 38, 559.
20. Lederberg, J., 1992. Encyclopedia of Microbiology. Academic press. Inc. Harcourt Brace Jovanovich Publishers, New York.
21. Long, C., 1961. Biochemists Handbook. D. Van Nostrand Co., New York.
22. Mickdam, E., Khiaosa-ard, R., Metzler-Zebeli, B.U., Klevenhusen, F., Chizzola, R., Zebeli, Q., 2016. Rumen Microbial Abundance and Fermentation Profile During Severe Subacute Ruminal Acidosis and it’s Modulation by Plant Derived Alkaloids in Vitro. Institute of Animal Nutrition and Functional Plant Compounds. Science Direct Anaerobe, 39, 4-13.
23. Nocek, J.E., 1997. Bovine Acidosis: İmplications on Laminitis. Journal of Dairy Science, 80, 1005–1028.
24. Murphy, M.R., Baldvin, R.L., Koomg, L.J., 1982. Estimation of Stoichiometric. Parameters for Rumen Fermentation of Roughage and Concentrate, Journal of Animal Sicence,55, 411-421.
25. NRC., 2001. Nutrient Requirements of Dairy Cattle. Seventh Revised Edition. National Academy Press, Washington, DC.
26. Oetzel, G.R., Norlund, K.V., Garrett, E.F., 1999. Effect of Ruminal pH and Stage of Lactation on Ruminal Lactate Concentrations in Dairy Cows. Journal of Dairy Science, 82,38.
27. Owens, F.N., Goetsch, A.L., 1988. Ruminal Fermentation. The Ruminant Animal. Digestive Physiology and Nutrition. D. C. Church, ed. P, 145–171.
28. Özel, O.T., Sarıçiçek B.Z., 2009. Ruminantlarda Rumen Mikroorganizmalarının Varlığı ve Önemi. Tübav Bilim Dergisi, 2, 277-285.
29. Özöğretmen, T., 1991. Geviş Getirenlerin Beslenmesinde Kullanılan Önemli Bazı Yemlerin Nel İçeriklerinin İn Vivo ve İn Vitro Yöntemleri ile Saptanması. Doktora Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ege Üniversitesi.
30. Parish, J.A., 2017. Understanding the Ruminant Animal Digestive System, Mississippi State University, U.S.
31. Parkes, H., Shilton, C., 2011. Urea Poisoning in Cattle. Northern Territory Government of Australia, K46.
32. Russell, J.B. Rychlik, J.L., 2001. Factors That Alter Rumen Microbial Ecology. Factors http://www.distillersgrains.com/pdf/Russell - That Alter Rumen.pdf.
33. Sevgican, F., 1996. Ruminantların Beslenmesi. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yayınları, No:524. İzmir.
34. Stone, W.C., 1999. The Effect of Subclinical Rumen Acidosis on Milk Components. 40-46p in Proc. Cornell Nutr. Conf.
35. Tajik, J., Nazifi, S., 2011. Diagnosis of Subacute Ruminal Acidosis: a review. Asian Journal of Animal Sciences. 5, 80–90.
36. Trenkle, A.H., 1979. The Relationship Between Acid-Base Balance and Protein Metabolism in Ruminants. Regulation of acid-base balance. Church & Dwight Co., Inc., NJ. 146.
37. Umucalılar, H.D., Şeker E., 2000. Tampon Etkili Madde Olarak Kullanılan Sodyum Bikarbonat ve Magnezyum Oksitin Tane Yemlerin İn Vitro Sindirilme Dereceleri Üzerine Etkileri. Selçuk Üniversitesi Veteriner Fakültesi, Hayvan Besleme ve Besleme Hastalıkları ABD. Veteriner Bilimleri Dergisi,16,2: 129-135.
38. Umucalılar, H.D., Şeker, E., 1998. Tampon Etkili Madde Olarak Kullanılan Sodyum Bikarbonat ve Magnezyum Oksitin Tane Yemlerin İn Vitro Sindirilme Dereceleri İle İneklerde Süt Verim Parametreleri Üzerine Etkileri. S.Ü. Veteriner Fakültesi, Hayvan Besleme ve Besleme Hastalıkları ABD. Doktora Tezi, Konya.
39. Ülger, İ., Küçük, O., 2014. Süt Sığırlarında Magnezyum Oksit Kullanımı. Journal Of Health Scıences, 23: 149-154.
40. Van Soest, P.J., 1994. Nutritional Ecology of the Ruminant (2nd Ed.). Ithaca, N.Y. Cornell University Press.
41. Wheeler, W.E., Noller, C.H., 1976. Limestone Buffers in Complete Mixed Rations For Dairy Cattle. Journal of Dairy Science, 59:1788.
42. Yıldız, M.A., Parlat, S.S., 2019. Rumen Ph’sının Regülasyonu İçin In Vıtro Tampon Sistem Çözümlerinin Araştırılması. Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Zootekni Anabilim Dalı Yüksek Lisans Tezi.